2020新课标高考生物二轮复习教师用书：第1部分专题3　光合作用和细胞呼吸

专题三 　 光合作用和细胞呼吸
构建知识体系·串联主干知识

■核心要点清误····························································
光合作用和细胞呼吸的过程和联系
1．线粒体将葡萄糖氧化分解产生二氧化碳和水。(×)
提示：葡萄糖分解发生在细胞质基质中。
2．有氧呼吸、无氧呼吸各阶段都产生[H]和ATP。(×)
提示：有氧呼吸第一、二阶段产生[H]，第三阶段消耗[H]，三个阶段都产生ATP；无氧呼吸只在第一阶段产生[H]和ATP。
3．无氧呼吸不需要O2参与，最终有[H]的积累。(×)
提示：无氧呼吸第二阶段消耗[H]，无[H]的积累。
4．人在剧烈运动时产生的CO2全部来自有氧呼吸。(√)
5．无氧呼吸产生的ATP少，是因为大部分能量以热能的形式散失。(×)
提示：无氧呼吸产生的ATP少的原因是有机物的氧化分解不彻底，其中很多能量储存在乳酸或酒精等有机物中而没有释放出来。
6．水是有氧呼吸的产物，也是有氧呼吸的反应物。(√)
7．各种细胞进行有氧呼吸的主要场所都是线粒体。(×)
提示：原核细胞无线粒体。
8．细胞呼吸的结果如果没有水的产生，就一定是无氧呼吸。(√)
9．叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光。(√)
10．无水乙醇在色素的提取和分离实验中起分离色素的作用。(×)
提示：无水乙醇在色素的提取和分离实验中起提取色素的作用，层析液起分离色素的作用。
11．暗反应中C原子的转移途径是CO2―→C3―→C5―→(CH2O)。(×)
提示：暗反应中C原子的转移途径是CO2―→C3―→(CH2O)。
12．真核生物中，光反应是在叶绿体类囊体的薄膜上进行的，暗反应是在叶绿体基质中进行的。(√)
13．适宜条件下光合作用过程中C5/C3的比值，停止供应CO2后比停止前高。(√)
14．光合作用过程中光能转变为化学能，细胞呼吸过程中化学能转变为热能和ATP。(×)
提示：ATP是直接能源物质，而不是能量。
15．ATP和[H]在叶绿体中随水的分解而产生，在线粒体中随水的生成而产生。(×)
提示：在线粒体中随水的生成，消耗[H]，产生ATP。
16．CO2的固定过程发生在叶绿体中，C6H12O6分解成丙酮酸的过程发生在线粒体中。(×)
提示：C6H12O6分解成丙酮酸的过程发生在细胞质基质中。
光合作用和细胞呼吸的影响因素及应用
1．及时排涝，能防止根细胞受酒精毒害。(√)
2．降低光照将直接影响光反应的进行，从而影响暗反应；改变CO2浓度则直接影响暗反应的进行。(√)
3．番茄幼苗在缺镁的培养液中培养一段时间后，光反应强度降低，暗反应强度也降低。(√)
4．夏季连续阴天，大棚中白天适当增加光照，夜晚适当降低温度，可提高作物产量。(√)
5．净光合速率长期为零时会导致幼苗停止生长。(√)
6．将一株生长正常的绿色植物置于密闭的玻璃容器内，在适宜条件下光照培养，随培养时间的延长，玻璃容器内CO2浓度可出现的变化趋势是降低至一定水平时保持相对稳定。(√)
考点1　光合作用和细胞呼吸的过程及联系
(对应学生用书第17页)

■核心整合——知识内化　融会贯通··································
1．有氧呼吸
(1)第一阶段——细胞质基质：消耗葡萄糖，产生[H]和丙酮酸，释放少量能量。
(2)第二阶段——线粒体基质：分解丙酮酸，产生[H]和CO2，释放少量能量。
(3)第三阶段——线粒体内膜：[H]与O2结合产生H2O，释放大量能量。
2．无氧呼吸
(1)产物不同的原因
①直接原因是参与催化的酶不同。
②根本原因是控制酶合成的基因不同。
(2)释放少量能量的原因：大部分能量储存在酒精或乳酸中。
(3)水稻等植物长期水淹后烂根的原因：无氧呼吸产生的酒精对细胞有毒害作用。
3．色素的作用、提取和分离
(1)色素提取和分离的原理
①色素提取：叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂——无水乙醇中，因此，可以用无水乙醇提取色素。
②色素分离：叶绿体中的色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，溶解度低的随层析液在滤纸上扩散得慢，这样，叶绿体中的色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分离开。
(2)色素的作用
叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
(3)光合色素吸收的光能有两大重要用途
①分解H2O产生O2和[H]；
②使ADP＋Pi合成ATP。
4．光合作用与有氧呼吸过程图解

(1)物质名称：b氧气，c ATP，d ADP，e[H]，f C5，g二氧化碳，h C3。
(2)填写生理过程及场所

Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
生理过程
光反应
暗反应
有氧呼吸第一阶段
有氧呼吸第二阶段
有氧呼吸第三阶段
场所
叶绿体类囊体薄膜
叶绿体基质
细胞质基质
线粒体基质
线粒体内膜
5.光合作用与细胞呼吸的物质转化与能量转换关系
(1)物质转化关系
①元素转移途径
C：CO2C3(CH2O)丙酮酸CO2
O：H2OO2H2O
H：H2O[H](CH2O)[H]
②[H]的来源和去路比较

(注：光合作用中[H]为NADPH，即还原型辅酶Ⅱ，细胞呼吸中[H]为NADH，即还原型辅酶 Ⅰ，二者不是同种物质)
(2)能量转化关系
光能―→[H]和ATP中活跃的化学能―→有机物中稳定的化学能―→ATP中活跃的化学能和热能
■素养提升——规范表述　严谨准确··································

1．给小球藻提供18O2，在小球藻合成的有机物中检测到了18O，分析其最可能的转化途径是什么？
提示：有氧呼吸第三阶段18O2与[H]结合生成了HO，有氧呼吸第二阶段利用HO生成二氧化碳C18O2，C18O2再参与光合作用的暗反应生成含18O的有机物(CHO)。
2．植物在生长过程中，光合作用产生的ATP的量远大于细胞呼吸产生的ATP的量，请解释原因。
提示：植物在生长过程中，光合作用产生的ATP中的能量转移到有机物中，植物体中的有机物只有部分通过细胞呼吸氧化分解释放能量，且释放的能量也只有部分转移到ATP中。

3．为验证酵母菌细胞中线粒体对相关物质的利用情况，现从酵母菌细胞中分离得到的具有活性的线粒体为实验材料进行如下实验。
组别
步骤一
步骤二
步骤三
1
加入线粒体
加入葡萄糖
加入溴麝香草酚蓝水溶液，一段时间后观察溶液颜色的变化情况
2
加入线粒体
加入丙酮酸
(1)从酵母菌细胞中分离得到线粒体常用的实验方法是什么？
(2) 请预期两组实验的实验结果，并简述判断理由。
提示：(1)差速离心法。
(2)第1组溶液为蓝色，第2组溶液颜色由蓝变绿再变黄。第1组中由于葡萄糖不能进入线粒体被利用，所以无CO2生成，第2组丙酮酸可进入线粒体被利用，生成CO2。
4．某同学以菠菜的绿叶为材料，制备了完整叶绿体悬浮液，并均分为两组，进行如下实验：
组别
加入物质
条件
实验现象
A组
DCPIP溶液
适宜温度和光照等条件
产生气泡，DCPIP溶液变为无色
B组
适量磷酸、NaHCO3
(CH2O)/C3比值增高
(注：DCPIP氧化态为蓝紫色，被还原后为无色)
(1)A组气泡中的成分是什么？DCPIP溶液由蓝紫色变为无色的原因是什么？
(2)B组(CH2O)/C3比值增高的原因是什么？
提示：(1)O2。光反应阶段产生的[H]使DCPIP还原。
(2)适量磷酸有利于光反应阶段中ATP的形成，进而促进暗反应中C3的还原，形成(CH2O)。

■真题再做——思悟方法　体验感悟·································
1.(2019·江苏高考)如图为某次光合作用色素纸层析的实验结果，样品分别为新鲜菠菜叶和一种蓝藻经液氮冷冻研磨后的乙醇提取液。下列叙述正确的是(　　)
A．研磨时加入CaCO3过量会破坏叶绿素
B．层析液可采用生理盐水或磷酸盐缓冲液
C．在敞口的烧杯中进行层析时，需通风操作
D．实验验证了该种蓝藻没有叶绿素b
D　[研磨时加入CaCO3是为了保护叶绿素，A错误；层析液可以由石油醚、丙酮和苯混合而成，也可以用92号汽油代替，B错误；层析时，为了防止层析液挥发，需要用培养皿盖住小烧杯，C错误；由图可知，蓝藻只有两条色素带，不含有叶黄素和叶绿素b，D正确。故选D。]
2．(2019·全国卷Ⅲ)若将n粒玉米种子置于黑暗中使其萌发，得到n株黄化苗。那么，与萌发前的这n粒干种子相比，这些黄化苗的有机物总量和呼吸强度表现为(　　)
A．有机物总量减少，呼吸强度增强
B．有机物总量增加，呼吸强度增强
C．有机物总量减少，呼吸强度减弱
D．有机物总量增加，呼吸强度减弱
A　[种子在黑暗中萌发得到黄化苗，该过程中细胞代谢增强，呼吸强度增加，由于整个过程中不能进行光合作用，而且细胞呼吸需要消耗有机物，所以有机物总量减少，A正确，B、C、D错误。]
3．(2019·全国卷Ⅱ)马铃薯块茎储藏不当会出现酸味，这种现象与马铃薯块茎细胞的无氧呼吸有关。下列叙述正确的是(　　)
A．马铃薯块茎细胞无氧呼吸的产物是乳酸和葡萄糖
B．马铃薯块茎细胞无氧呼吸产生的乳酸是由丙酮酸转化而来
C．马铃薯块茎细胞无氧呼吸产生丙酮酸的过程不能生成ATP
D．马铃薯块茎储藏库中氧气浓度的升高会增加酸味的产生
B　[在马铃薯块茎细胞无氧呼吸的第一阶段，葡萄糖分解成丙酮酸，第二阶段在相应酶的催化下，丙酮酸转化为乳酸，B选项正确；马铃薯块茎细胞无氧呼吸的产物是乳酸，葡萄糖是细胞呼吸的原料而不是产物，A选项错误；在马铃薯块茎细胞无氧呼吸的第一阶段，1分子葡萄糖分解成2分子丙酮酸，并且释放出少量能量，C选项错误；一般来说，氧气浓度的升高会抑制细胞的无氧呼吸，故马铃薯块茎储藏库中氧气浓度的升高不会增加酸味的产生，D选项错误。]
4．(2019·海南高考)下列关于绿色植物的叙述，错误的是(　　)
A．植物细胞在白天和黑夜都能进行有氧呼吸
B．植物细胞中ATP的合成都是在膜上进行的
C．遮光培养可使植物叶肉细胞的叶绿素含量下降
D．植物幼茎的绿色部分能进行光合作用和呼吸作用
B　[有氧呼吸不需要光照，植物细胞在白天和黑夜都能进行有氧呼吸，A正确；植物细胞中ATP不一定都是在膜上合成的，如细胞质基质和线粒体基质也可以合成ATP，B错误；合成叶绿素需要光照，遮光培养会导致光照减弱，会导致叶肉细胞的叶绿素含量下降，C正确；植物幼茎的绿色部分含有叶绿体，能进行光合作用，所有的活细胞都能进行呼吸作用，D正确。故选B。]
5．(2018·全国卷Ⅲ)下列关于生物体中细胞呼吸的叙述，错误的是(　　)
A．植物在黑暗中可进行有氧呼吸也可进行无氧呼吸
B．食物链上传递的能量有一部分通过细胞呼吸散失
C．有氧呼吸和无氧呼吸的产物分别是葡萄糖和乳酸
D．植物光合作用和呼吸作用过程中都可以合成ATP
C　[对于以糖类为底物的呼吸作用来说，有氧呼吸的产物是CO2和H2O，无氧呼吸的产物为乳酸或酒精和CO2。]
6．(2019·海南高考)下列关于高等植物光合作用的叙述，错误的是(　　)
A．光合作用的暗反应阶段不能直接利用光能
B．红光照射时，胡萝卜素吸收的光能可传递给叶绿素a
C．光反应中，将光能转变为化学能需要有ADP的参与
D．红光照射时，叶绿素b吸收的光能可用于光合作用
B　[光合作用的暗反应阶段不能直接利用光能，但需要利用光反应阶段形成的[H]和ATP，A正确；胡萝卜素不能吸收红光，B错误；光反应中，将光能转变为ATP中活跃的化学能，需要有ADP和Pi及ATP合成酶的参与，C正确；红光照射时，叶绿素b吸收的光能可用于光合作用，光能可以转变为ATP中活跃的化学能，D正确。故选B。]
7．(2014·山东高考)某经济植物光合作用的研究结果如图。

(1)图甲表示全光照和不同程度遮光对该植物叶片中叶绿素含量的影响。叶绿素存在于叶绿体中的________上。需先用________(填溶剂名称)提取叶片中的色素，再测定叶绿素含量。用纸层析法进一步分离色素时，叶绿素a和叶绿素b在层析液中溶解度较大的是_____。据图分析，该植物可通过______以增强对弱光的适应能力。
(2)图乙表示初夏某天在遮光50%条件下，温度、光照强度、该植物净光合速率和气孔导度(气孔张开的程度)的日变化趋势。8：00到12：00光照强度增强而净光合速率降低，主要原因是_________。18：00时叶肉细胞内产生ATP的细胞器是________。
(3)实验过程中，若去除遮光物，短时间内叶肉细胞的叶绿体中C3含量________。
解析：(1)叶绿素存在于叶绿体中的类囊体膜上。常用无水乙醇或丙酮提取叶片中的色素。用纸层析法分离色素时，在层析液中溶解度越高的色素在滤纸上扩散的速度越大，叶绿素a比叶绿素b扩散得快，说明叶绿素a在层析液中溶解度较大。通过图甲可以看出，在一定范围内，随着遮光率的增加，叶片中叶绿素的含量增大，植物通过增加叶绿素含量，以吸收更多的光，进行光合作用，合成有机物。
(2)通过曲线可知，8：00到12：00时间段内，温度升高，细胞呼吸速率会增大，分解有机物增多，另外气孔导度下降，影响二氧化碳进入细胞，尽管光照强度增强，但光合速率与呼吸速率的差值减小，净光合速率降低。18：00净光合速率为零，此时光合速率等于呼吸速率，叶肉细胞内产生ATP的细胞器是线粒体与叶绿体。
(3)去除遮光物后，光照增强，短时间内叶绿体中光反应的产物增多，C3的还原增强，由于二氧化碳固定产生的C3仍是一定量，C3含量减少。
答案：(1)类囊体膜(或类囊体、基粒)　 无水乙醇(或丙酮)　叶绿素a　增加叶绿素含量　(2)呼吸作用增强，光合速率与呼吸速率的差值减小　线粒体、叶绿体
(3)减少
■考向专练——题点研练　触类旁通·································
　考查细胞呼吸的类型和过程
1．(2019·衡水中学四调)如图表示人体中细胞呼吸的过程，数字代表反应过程。下列叙述正确的是(　　)

A．过程①代表人体细胞中糖原或淀粉的水解
B．过程②后，葡萄糖分子中少部分化学能存在于丙酮酸中
C．过程③只发生在线粒体中
D．过程④产生的乳酸可在原细胞中再生成葡萄糖
C　[人体细胞没有淀粉的水解过程，A项错误；过程②后，葡萄糖分子中大部分化学能存在于丙酮酸中，B项错误；人体细胞中过程③只发生在线粒体中，C项正确；肌肉细胞中产生的乳酸能在肝脏细胞中再生成葡萄糖，不能在肌肉细胞中再生成葡萄糖，D项错误。]
2．(2019·唐山期末)将酵母菌置于下列条件下培养一段时间后，测得细胞呼吸产生的CO2量如图所示。下列有关分析错误的是(　　)

A．在一定条件下，酵母菌的细胞质基质和线粒体能同时产生CO2
B．在一定范围内，随温度升高细胞呼吸速率加快
C．20 ℃条件下，酵母菌在前6 h消耗的葡萄糖的量一定比后6小时消耗的多
D．40 ℃条件下，培养酵母菌6 h，培养液中葡萄糖可能已经被消耗完
C　[在一定条件下，酵母菌既能进行无氧呼吸，也能进行有氧呼吸，CO2产生的场所分别为细胞质基质和线粒体，A正确；在一定温度范围内，呼吸酶的活性随着温度升高而升高，细胞呼吸速率随之加快，B正确；20 ℃下，随着CO2产生量的增多，酵母菌无氧呼吸速率增大，但不知道无氧呼吸和有氧呼吸的比率，因而无法确定消耗的葡萄糖量，C错误；40 ℃条件下，6 h和12 h产生的CO2量相同，所以可能是葡萄糖已经被消耗完，D正确。]
　“三看法”判断细胞呼吸的类型


　考查捕获光能的色素及光合作用的过程
1．(2019·烟台期末)秋季枫树等植物的叶片变为红色，主要是由于花青素增多而一些光合色素含量降低所致，实验小组对此进行实验验证：用无水乙醇提取叶片中色素，用层析液进行分离，结果滤纸条上出现四条色素带，靠近层析液的两条色素带非常窄，有关推断合理的是(　　)
A．低温类胡萝卜素容易被破坏
B．变窄的是叶黄素和叶绿素a
C．叶绿素难溶于无水乙醇
D．滤纸条未显现花青素的原因可能是其为水溶性色素
D　[叶绿体中色素分离实验中色素带由上到下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，因此变窄的两条色素带是叶绿素a和叶绿素b，A、B错误；提取色素的依据是相关色素易溶于有机溶剂——无水乙醇，C错误；提取光合色素用的有机溶剂，如果花青素溶于有机溶剂，则滤纸条上会有花青素，所以滤纸条未显现花青素的原因可能是花青素为水溶性色素，D正确。]
2．(2019·日照期末)右图表示将某植物叶片置于适宜条件下，不同的细胞间隙CO2浓度下叶肉细胞中C5的含量变化。以下推测不合理的是(　　)
A．a→b，暗反应消耗ATP的速率增加
B．a→b，CO2固定速率比C3的还原速率快
C．b→c，光合作用速率等于呼吸作用速率
D．b→c，可能是光反应限制了光合速率
C　[a→b，随着细胞间隙CO2浓度的增加，C5的含量减少，暗反应加快，消耗ATP的速率增加，A项推测是合理的；a→b，C5的含量减少，说明C5的生成速率小于C5的利用速率，故CO2固定速率比C3的还原速率快，B项推测合理；b→c，C5的含量不变，说明C5的生成速率等于C5的利用速率，即CO2固定速率等于C3的还原速率，C项推测不合理；b→c，C5的含量保持不变，暗反应速率不再增加，可能是光反应限制了光合速率，D项推测合理。]
3. (2019·衡水中学月考)光合作用的暗反应阶段主要包括：C5和CO2结合生成C3，C3经一系列变化生成糖类和C5。为确定光合作用暗反应阶段哪个反应间接依赖光，科学家利用小球藻进行实验，结果如图所示。请回答下列问题：

(1)利用热酒精处理小球藻能终止细胞内的化学反应。欲探究14CO2中14C的转移路径，给小球藻提供14CO2后，应怎样处理？
____________________________________________________
____________________________________________________。
(2)暗反应阶段间接依赖光照的反应是________________，作出此判断的依据是___________________________________________
____________________________________________________
____________________________________________________。
(3)若其他条件不变，突然降低光照条件下CO2的浓度，短时间内细胞中C3和C5含量的变化趋势分别是___________________________________________
____________________________________________________。
解析：(1)据题意可知：欲探究14CO2中14C的转移路径，给小球藻提供14CO2后，应每间隔一段时间用热酒精终止暗反应进程，提取并鉴定含14C的物质。(2)分析图示可知：当反应条件由光照变为黑暗时，C3含量升高而C5及各种中间产物的含量下降，说明C3的还原与光照条件有关，据此可判断：暗反应阶段间接依赖光照的反应是C3经一系列变化生成糖类和C5。(3)若其他条件不变，突然降低光照条件下CO2的浓度，导致CO2固定过程减弱，新生成的C3减少，而原有的C3继续被还原为C5和糖类，所以短时间内细胞中C3含量降低，C5含量升高。
答案：(1)每间隔一段时间用热酒精终止暗反应进程，提取并鉴定含14C的物质
(2)C3经一系列变化生成糖类和C5　当反应条件由光照变为黑暗时，C3含量升高而C5及各种中间产物的含量下降，说明C3的还原与光照条件有关
(3)C3含量降低，C5含量升高
　C3和C5含量变化的分析方法
当光照强度或CO2浓度改变后，短时间内C3和C5的含量均可发生变化。无论分析哪种物质的含量变化，都要从生成和消耗两个角度分析。C3产生于CO2的固定过程，消耗于C3的还原过程，C5产生于C3的还原过程而消耗于CO2的固定过程。

光照
二氧化碳
较强→弱(黑暗)
弱→较强
较高→低
低→较高
C3
增加
减少
减少
增加
C5
减少
增加
增加
减少
ATP、[H]
减少
增加
增加
减少

　综合考查光合作用和细胞呼吸的过程
1.(2019·潍坊期中)右图表示某植物叶肉细胞内部分物质的代谢途径，其中①～⑥表示过程。下列相关分析错误的是(　　)
A．①②产生的[H]与④产生的[H]不是同一种物质
B．③与④都发生在细胞器的膜结构上
C．只要⑤生成(CH2O)的量大于①消耗的(CH2O)的量，植株就能正常生长
D．对生物界来说，④产生ATP的量远远大于①②③
C　[①②产生的[H]是NADH，④产生的[H]是NADPH，A项正确；③表示有氧呼吸第三阶段，发生在线粒体的内膜上，④表示光合作用的光反应阶段，发生在叶绿体类囊体膜上，B项正确；该图表示某植物叶肉细胞内部分物质的代谢途径，仅叶肉细胞中⑤生成(CH2O)的量大于①消耗的(CH2O)的量，植株不一定能正常生长，因为植物的非绿色部分还要进行细胞呼吸，C项错误；对生物界的生物来说，光合作用产生的ATP的量大于细胞呼吸产生的ATP的量，D项正确。]
2.(2019·日照期中)研究小组将某亚热带绿色植物置于15 ℃的密闭透明玻璃容器内，测定装置中的氧气含量，结果如右图所示。下列叙述错误的是(　　)
A．ab段叶肉细胞吸收的氧气可参与水的生成
B．开始光照的b时刻，叶肉细胞中C5会减少
C．由b到c，植物的光合速率逐渐降低
D．适当提高温度，可缩短达到c点的时间
B　[ab段叶肉细胞在黑暗环境中进行有氧呼吸，在有氧呼吸过程中氧气与[H]结合生成水，A项正确；b时刻开始光照，叶绿体中产生ATP和[H]，ATP和[H]还原C3生成C5，叶肉细胞中C3减少，C5增多，B项错误；由b到c曲线斜率变小，植物的光合速率逐渐降低，C项正确；该植物是亚热带植物，在环境温度为15 ℃的条件下，适当提高温度，光合速率加快，达到c点的时间缩短，D项正确。]
考点2　光合作用和细胞呼吸的影响因素及应用
(对应学生用书第20页)

■核心整合——知识内化　融会贯通··································
1．影响细胞呼吸曲线分析

(1)甲图：温度通过影响与细胞呼吸有关酶的活性来影响呼吸速率。
(2)乙图：①O2浓度＝0时，只进行无氧呼吸。
②0